Pemuaian Zat

 

Pada umumnya benda akan memuai ketika dipanaskan. Jika sebuah benda dipanaskan, partikel-partikel di dalamnya bergetar lebih kuat sehingga saling menjauh. Kita katakan benda tersebut memuai. Jika benda tersebut didinginkan, getaran-getaran partikel lebih lemah, dan partikel-partikel saling mendekat. Sebagai hasilnya benda akan menyusut. Pemuaian terjadi pada zat padat, cair, maupun gas.

 

Zat padat yang dipanaskan akan mengalami pemuaian pajang, pemuaian luas, dan pemuaian volume. Pemuaian zat sebenarnya terjadi ke segala arah. 

     1.      Pemuaian Panjang

Bilangan yang menyatakan pertambahan panjang pada benda dan kenaikan suhu 1^oC atau 1K disebut koefisien muai panjang (α). Jika suatu benda berbentuk batang yang panjangnya L_o dipanaskan sehingga suhunya berubah sebesar ΔT, maka benda tersebut akan memuai seperti gambar berikut.

Gambar Pemuaian Panjang

Berikut adalah Tabel Koefisien Muai Panjang. 

Pertambahan panjang suatu zat yang memuai dirumuskan dengan:

keterangan:

L            : Panjang akhir  (m)

L₀           : Panjang mula-mula  (m)

α            : Koefisien muai panjang (⁰ C/m)

Δt           : kenaikan suhu  (m)
Perhatiakan tayangan animasi berikut!

dari tayangan animasi di atas terlihat bahwa sebuah  benda apabila dipanaskan akan mengalami kenaikan suhu sehingga akan mengalami pemuaian.

    2.     Pemuaian Luas

Apabila bensa tipis berbentuk persegi dipanaskan akan terjadi pemuaian dalam arah memanjang dan melebar, maka benda tersebut mengalami pemuaian luas seperti gambar berikut.

Bilangan yang menyatakan pertambahan luas benda pada kenaikan suhu 1 ^oC atau 1K disebut koefisien muai luas (β). Berikut gambar pemuaian luas.

 Pertambahan luas suatu zat yang memuai dirumuskan dengan:

keterangan: 

ΔA = pemuaian luas (m²) 

A_o  = luas benda mula-mula (m²) 

A_t   = luas benda setelah pemuaian (m²) 

β    = koefisian muai luas (^oC^-1 atau K^-1)

    3.     Pemuaian Volume

Pemuaian volume adalah pemuaian suatu benda kearah memanjang, melebar dan meninggi. Pertambahan suatu volume yang dipanaskan bergantung pada koefisien muai volume benda. Berikut gambar pemuaian volume benda.

Gambar Pemuaian Volume

Tabel pemuian volume dapat dilihat pada gambar berikut.



Pemuaian volume benda dirumuskan dengan:

keterangan: 

ΔV = pemuaian luas (m²) 

V_o  = luas benda mula-mula (m²) 

V_t   = luas benda setelah pemuaian (m²) 

γ    = koefisian muai luas (^oC^-1 atau K^-1)

Pada zat cair kita tidak mengenal muai panjang ataupun muai luas, tetapi hanya dikenal muai ruang atau muai volume saja. Semakin tinggi suhu yang diberikan pada zat cair itu maka semakin besar muai volumenya. Pemuaian zat cair untuk masing-masing jenis zat cair berbeda-beda akibatnya walaupun mula-mula volume zat cair sama tetapi setelah dipanaskan volumenya menjadi berbeda-beda. Pemuaian volume zat cair terkait dengan pemuaian tekanan karena peningkatan suhu. Titik pertemuan antara wujud cair, padat dan gas disebut titik tripel, dapat dilihat dalam gambar berikut.

Koefisien muai volume zat cair selalu lebih besar dibandingkan koefisien muai volume zat padat, sehingga apabila sebuah bejana yang berisi penuh air dipanaskan, maka zat cair akan tumpah.

Apabila dipanaskan pada umumnya zat cair akan memuai. Tetapi pemanasan dari suhu 0^oC- 4^oC, air akan mengalami penyusutan, dan setelah suhunya di atas 4^oC air akan memuai kembali. Hal ini berarti massa jenis air mencapai nilai maksimum pada suhu 4^oC. Sifat pemuaian yang tidak terbatur ini disebut anomali air. Zat lain yang mempunyai sifat anomali seperti air adalah parafin dan bismuth.

Grafik Hubungan Suhu dan Volume Air

Hukum mengenai pemuaian Gas meliputi:

     1.      Hukum Gay Lussac

Hukum Gay Lussac menyatakan bahwa volume (V) tetap, tekanan (P) gas sebanding dengan suhu mutlak (T) gas, dirumuskan:

     2.    Hukum Boyle

Gas yang berada dalam ruang tertutup memiliki volume yang sama dengan volume ruang. Jika dalam ruang tersebut suhunya tetap maka hubungan antar tekanan dan volume gas, dirumuskan dengan hukum Boyle sebagai berikut:

    3.    Hukum Boyle-Gay Lussac

Jika kondisi tekanan, suhu dan volume gas dalam ruang tidak ada yang tetap maka berlaku penggabungan hukum Boyle dengan hukum Gay Lussac, dirumuskan dengan:

   4.    Hukum Charles

Menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume gas sebanding dengan suhu mutlak gas tersebut, dirumuskan sebagai berikut: